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Atlas IIIA

Mit der Atlas III (früher Atlas IIAR) kommt der wichtigste Einschnitt in der Geschichte der Atlas, denn die Atlas-Grundstufe bekommt ein völlig neues Triebwerk. Bislang wurden die Triebwerke des Blocks MA nur modernisiert oder die Tanks verlängert. Die zugrunde liegende Technologie stammte jedoch aus den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts.

Um die Atlas entscheidend zu verbilligen, ersetzte man die 3 Triebwerke der ersten Stufe durch eines der russischen Zenit. Dabei wird ein modifiziertes Triebwerk eingesetzt, bei der originalen Zenit speist ein Triebwerk des Typs RD-170 insgesamt 4 Brennkammern, bei der Atlas III das modifizierte RD-180 nur zwei Brennkammer. Ein Zentraltriebwerk entfällt, trotzdem ist die Leistung durch den höheren spezifischen Impuls und die leichtere Bauweise bei mehr Treibstoffzuladung ähnlich wie bei der Atlas 2AS. Bei gleicher Startmasse hat eine Atlas III eine um 10 % höhere Nutzlast als eine Atlas II.

Das Triebwerk RD-180 hat einen spezifischen Impuls von 3.050 m/s (Boden), deutlich mehr als die 2.589 m/s der Atlas II. Im Vakuum beträgt er sogar 3.312 m/s. Auch der Schub von 3.826-4.151 kN liegt deutlich über den 2.240 kN des Triebwerksblocks MA-5. Der Nominalschub liegt bei 3.859 kN. Das Triebwerk ist jedoch von 47-100 % Schub regelbar und hat in Tests auch 108% Schub erreicht. Mit 261 bar ist das RD-180 eines der Triebwerke mit dem höchsten Brennkammerdruck, die derzeit im Einsatz sind. Das Sauerstoff- zu Kerosinverhältnis beträgt 2,72 zu 1 und das Verhältnis Düsenhals zu Düsenmündung 36,4 zu 1. Es wiegt 5.480 kg. Die ersten Tests mit dem RD-180 fanden im Juli 1997 statt.

Die Anpassung des RD-170 Triebwerks kostete 300 Millionen USD. Der Schub des RD-180 ist so hoch, dass es bei der Atlas III nicht mit voller Leistung betrieben wird. Die Rakete startet mit 74 % Schub und wird langsam auf 92 % hochgefahren (um die aerodynamischen Verluste zu minimieren). Nach 3 Minuten im Flug wird es auf 65 % gedrosselt, wenn die maximale Belastung der Rakete erreicht ist und dann wieder auf 87 % hochgefahren. Bei der Abtrennung wird eine Beschleunigung von 5,5 g erreicht. Beim MA-5 Block mit seinem 270 kN liefernden Zentraltriebwerk betrug die Beschleunigung vor Brennschluss nur 1,0 - 1,35 g, je nach Nutzlast.

Das RD-180 ist eines der modernsten Triebwerke, welche mit der Kombination Kerosin und Sauerstoff arbeiten. In Russland wurde diese Technologie über Jahrzehnte weiter entwickelt, während man in den USA die Entwicklungsarbeit nach der Fertigstellung des F-1 Triebwerks Ende der sechziger Jahre weitgehend einstellte. So hat das RD-180 einen um 400 m/s höheren spezifischen Impuls und arbeitet wie das Space Shuttle-Triebwerk mit einem geschlossenen Kreislauf und sehr hohem Brennkammerdruck. Der Vertrag von Lockheed-Martin mit dem russischen Triebwerksbauer Energomasch umfasst die Lieferung von 101 Triebwerken für 1 Milliarden USD. Im Februar 2005 waren davon 23 geliefert und 8 eingesetzt worden. Damit die USA nicht von ausländischen Triebwerken abhängig sind (viele Atlas-Starts befördern auch militärische Nutzlasten) müssen so viele Triebwerke vorrätig sein, dass bei einem Lieferungsstopp ein Zeitraum von 4 Jahren überbrückt werden kann. Geplant ist eine Produktion in den USA, allerdings dürfte der Neuaufbau der Produktion in den USA die Triebwerke drastisch verteuern. Damit wäre die mit der Übernahme des RD-180 erzielte Kostenersparnis in Höhe von 20 % der Herstellungskosten weitgehend verloren.

Das Triebwerk wird während des Fluges so geregelt, dass die Vibrationen möglichst klein sind. Das Triebwerk startet mit 74 % des Nominalschubs, um nach 3 Minuten 92 % zu erreichen. Danach wird es auf 65 % herunter reguliert und vor Brennschluss wieder auf 87 % hoch gefahren. Bei der Atlas III wird nie 100 % erreicht, da der Schub mit 3.852 kN zu hoch für die nur 196 t schwere Atlas Stufe ist. Das RD-180 ist jedoch in einem weiten Schubbereich regelbar und kann bis auf 47 % des Nominalschubs herunter geregelt werden. Anders als bei der Atlas 1 und 2 hat nun die Atlas keinen eigenen Bordcomputer, sondern wird komplett von der Centaur aus gesteuert.

Die Tanks der Atlas wurden, trotz des wesentlich schubstärkeren Triebwerks, nur leicht um 3,05 m verlängert. Hier dürfte das Konzept der Versteifung durch den Tankdruck an die Grenze stoßen. Lockheed Martin gab bei der Vorstellung der Atlas V an, dass die neue selbsttragende Struktur der Atlas V etwa 85 Prozent der Probleme, die man mit der Atlas hatte, vermeidet.

Die Centaur der Atlas IIIA entspricht der bei der Atlas IIAS verwendeten, jedoch setzt Sie nur ein Triebwerk ein (SEC : Single Engine Centaur) und ist daher leichter als die der Atlas IIAS. Dies kommt der Nutzlast zugute. Der Erststart der IIIA erfolgte nach längeren Verzögerungen am 24.5.2000 (es gab zuerst keinen Kunden für den Erststart). Diese Version absolvierte nur 2 Starts.

Atlas III A
Atlas IIIA

Atlas IIIA

Erststart: 24.5.2000, letzter Start 13.3.2003, nicht mehr im Einsatz
2 Starts, 2 Erfolgreich, 100 % Zuverlässigkeit

Nutzlast: 4.037 kg in eine GTO Transferbahn
8.686 kg in einen 200 km LEO Orbit

Stufe 1: Atlas III
Startmasse: 196.925 kg, Leermasse: 13.725 kg
Schub: 3.852 kN m/s (Meereshöhe), 4.150 kN (Vakuum)
spezifischer Impuls: 3.052 m/s (Meereshöhe), 3.312 m/s (Vakuum)
Triebwerk: 1 × RD-180, Brennzeit: 132 sec.
Länge: 28,91 m, Durchmesser: 3,05 m

Stufe 2: Centaur IIA
Startmasse: 18.650 kg, Leermasse: 1.720 kg
Schub (Vakuum): 99,2 kN
spezifischer Impuls: 4.422 m/s (Vakuum)
1 Triebwerk RL-10A-4-1
Brennzeit: 738 sec.
Durchmesser: 3,05 m, Länge: 10,06 m

Masse Stufenadapter (3,05 × 4,45 m): 465 kg
Masse Nutzlasthülle normal (4,2 × 12,2 m): 2.087 kg
Masse Nutzlasthülle lang (4,2 × 13,1 m): 2.225 kg

Die Atlas IIIB

Die Centaur hat bei der Atlas IIIA nur ein Triebwerk (SEC : Single Engine Centaur), bei der Atlas IIIB wahlweise ein (SEC) oder zwei Triebwerke (DEC, Double Engine Centaur) mit einem um 1,68 m verlängerten Tank. Sie führt damit 20.830 statt 16.930 kg Treibstoff mit.

Der Erststart der IIIB erfolgte erst 2002. Beide Modelle haben bis Ende 2002 jeweils ihren Jungfernflug absolviert. Die DEC Version der Atlas IIIB hat eine geringere GTO-Nutzlast, da natürlich das zweite Triebwerk der Centaur mit transportiert werden muss. Sie ist nötig für LEO Missionen, da die Nutzlast dann deutlich höher ist und die SEC Centaur über zu wenig Schub verfügt, um mit dieser schweren Nutzlast einen Orbit zu erreichen.

Die Atlas III war gedacht als Interimsversion zur Atlas V. Ursprünglich wurde diese Rakete entwickelt, um die Atlas 2AS zu ersetzen. Sie sollte preiswerter als diese sein, bei 10 Prozent höherer Nutzlast. Durch das EELV-Programm wurde auf Basis derselben Technologie jedoch die stärkere Atlas V entwickelt. Aus der Ablösung der Atlas 2AS wurde nun eine Zwischenlösung, bis die Atlas V einsatzbereit ist. Dadurch hat die Atlas III eine sehr kurze Einsatzgeschichte von nur 6 Flügen, da sich die Erstflüge auch um 2 Jahre verzögerten. Die Atlas III ist jedoch für Lockheed Martin sehr wichtig, da sie ein Bindeglied zwischen der alten Atlas-Technologie und der neuen Atlas V ist. Sie verwendet schon das neue Triebwerk RD-180, aber noch die Tanks der Atlas und in Form der Centaur DEC die Centaur der Atlas 2. Die Centaur SEC erprobt schon den Betrieb einer Centaur mit nur einem Triebwerk, jedoch noch bei Verwendung der alten Tanks.

Die Atlas V dagegen setzt zwar die Triebwerke der Atlas 3 ein, jedoch in einer neuen ersten Stufe und einer größeren Centaur mit 5 m Durchmesser. Durch Einschub der Atlas III konnte man den Entwicklungssprung geringer halten. Nach nur 6 Flügen wurde die Atlas III-Linie im Jahre 2005 eingestellt, da mittlerweile auch die Atlas V im Dienst steht.

Atlas 3A

Atlas IIIB

Atlas IIIB

Erststart: 21.2.2002, letzter Start 3.2.2005, nicht mehr im Einsatz
4 Starts, kein Fehlstart, Zuverlässigkeit: 100 %

Nutzlast: 4.117 kg (SEC), bzw. 4.500 kg (DEC) in eine GTO-Transferbahn
10.759 kg (DEC) in eine 200 km LEO

Stufe 1: Atlas III
Startmasse: 196.925 kg, Leermasse: 13.725 kg
Schub: 3.852 kN (Meereshöhe), 4.150 kN (Vakuum)
spezifischer Impuls: 3.052 m/s (Meereshöhe), 3.312 m/s (Vakuum)
Triebwerk: 1 × RD-180, Brennzeit: 132 sec.
Länge: 28,91 m, Durchmesser: 3,05 m

Stufe 2: Centaur II SEC
Startmasse: 22.719 kg, Leermasse: 1.930 kg
Schub (Vakuum): 99,2 kN
spezifischer Impuls: 4.417 m/s (Vakuum)
1 Triebwerk RL-10A-4-1
Brennzeit: 927 sec.
Durchmesser: 3,05 m, Länge: 11,89 m

Stufe 2: Centaur II DEC
Startmasse: 22.940 kg, Leermasse: 2.110 kg
Schub (Vakuum): 198,4 kN
spezifischer Impuls: 4.422 m/s (Vakuum)
2 Triebwerke RL-10A-4-1
Brennzeit: 464 sec.
Durchmesser: 3,05 m, Länge: 11,74 m

Masse Stufenadapter (3,05 × 4,45 m): 465 kg
Masse Nutzlasthülle normal (4,2 × 12,2 m): 2.087 kg
Masse Nutzlasthülle lang (4,2 × 13,1 m): 2.225 kg

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Links:

Starts der Atlas Trägerrakete

Die Atlas mit festen Oberstufen

Die Atlas Centaur

Die Atlas uznd Atlas Agena

Die Atlas V

Büchertipps

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.

Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:

Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.

Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.

In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.

Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.

Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:

Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen.

Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiss. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: Fotosafari durch den Raketenwald. Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren.

Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.




© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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